Allianz Global Corporate & Specialty. Sicherheit. Windenergieanlagen. Schäden untersuchen und verhindern. Allianz Zentrum für Technik

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1 Allianz Global Corporate & Specialty Sicherheit Windenergieanlagen. Schäden untersuchen und verhindern. Allianz Zentrum für Technik

2 Schäden an Windenergieanlagen. Unsere Kompetenzen im Überblick. Häufig untersuchte Komponenten von Windenergieanlagen. Rotorblätter Rotorhauptlager Getriebelager Verzahnung Generatorlager Elektrotechnische Komponenten Ursachenanalyse für Ausfälle. Herstellungsfehler Lastannahmen Betriebsweise und -verhalten Konstruktion und Konzeption Rechnerische Auslegung Unzureichende Anlagenüberwachung Untersuchungen im Labor. Fraktografie Chemische Analytik Ölanalytik Licht- und Rastermikroskopie Festigkeitsprüfung Zerstörungsfreie Prüfung Berechnungen. Festigkeitsrechnung nach analytische Methoden Tragfähigkeitsberechnung der Verzahnungen Überprüfung der durchgeführten Verzahnungskorrekturen Lagerlebensdauerberechnungen Wärmehaushaltsberechnungen Betriebsfestigkeitsnachweis Finite-Elemente-Methode (FEM) Beratung für Hersteller und Betreiber. Belastungs- und Schwingungsmessung Konstruktion und Auslegung Beratung für die Fertigung Fire-Engineering Condition-Monitoring Betriebsführungs- und Sicherheitssystem Belastungs- und Schwingungsmessungen an Windenergieanlagen. Dreh- und Biegemomente Bauteilverlagerungen und -dehnungen Wellen-, Lager- und Gehäuseschwingungen Schall Druck Temperatur

3 Gebrochenes Rotorblatt. Angerissene Rotorwelle, ausgehend von einem Lagerversagen nach ca Betriebsstunden. Abdrücke der Rollen und Laufbahnermüdung nach Betriebsstunden. Ursachenforschung. Das Allianz Zentrum für Technik untersucht seit einem Jahrzehnt Schäden an Windenergieanlagen (WEA) für Versicherer, Hersteller und Betreiber. Auch wenn die Komponenten von WEA aus Industrie- und Kraftwerkstechnik bekannt sind: Die Betriebsbedingungen führen zu neuen Problemen. Schäden an Windenergieanlagen. Der gravierendste Unterschied zu einer Gasoder Dampfturbine liegt darin, dass der Wind kein annähernd gleichmäßiges Antriebsmoment zur Verfügung stellt. Daher ist der Antriebsstrang einer WEA hohen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt. Von den Rotorblättern bis zum Generatorläufer, vom Generator bis zum Transformator, von der Gondel über den Turm bis zum Fundament an nahezu allen Komponenten einer WEA treten Schäden auf. Rotorblätter. Die Rotorblätter aus glasfaserverstärkten Kunstharzen sind die am stärksten exponierten Komponenten einer WEA. Blitzeinschläge oder das Anstreifen am Turm führen zu Extremschäden, aber auch während des normalen Betriebes treten Konstruktionsund Verarbeitungsmängel zu Tage: Blätter reißen an den Kanten, im Flanschbereich oder an den Spitzen. Blattbolzen halten der Belastung nicht stand und brechen. Rotorhauptlager. Laufbahnschälungen der Rotorwellenlager entwickeln sich zu Ringbrüchen. Zum Teil drehen sich die Innenringe auf der Welle und verursachen Wellenanrisse, die zum Totalverlust der Anlage führen können. Getriebelager. Die Wälzlager der langsamen Stufen (meist Pendelrollenlager) weisen plastisch verformte Rollbahneindrückungen auf, die sich zu Laufbahnschälungen über den gesamten Umfang entwickeln können. Die Lager der schnellen Stufe werden häufig durch zu hohe Temperaturen beschädigt. Die Schäden an den Laufbahnen der Lager beeinflussen die Kraftverteilung an den Verzahnungen. Verzahnung. Bei den Untersuchungen stoßen wir häufig auf Stillstandsmarkierungen entlang der Eingrislinien und ein unbefriedigendes Tragbild. Die hohe Beanspruchung führt zu dreieckigen Flankenausbrüchen und Flankenbrüchen oder zur Graufleckigkeit. Generatorlager. Schlupf und Verschleiß in Generatorlagern verursachen drehende bzw. eingelaufene Innenringe, bis zum Anstreifen des Läufers. Elektrotechnische Komponenten. Auch Fehler in der elektrischen Anlage führen zum Ausfall einer WEA. Bei der Untersuchung finden wir Wicklungsschäden am Generator, Kurzschluss- und Überspannungsschäden an Steuerung und Leistungselektronik sowie Schäden an Transformatoren und der Verkabelung.

4 Käfigverschleiß nach Betriebsstunden. Flankenbruch, festgestellt nach Betriebsstunden. Klärung der Schadenursache. Die Ermittlung der Schadenursache gehört zu unseren Kernkompetenzen. Dieses Know-how speist sich aus jahrzehntelanger Forschung in nahezu allen Industriezweigen. Ausgebaute Rotorblätter untersuchen wir mit zerstörungsfreien Prüfmethoden. Dazu gehören die Eindring- und Sichtprüfung mit Miniaturkameras oder Endoskopen, aber auch Ultraschalluntersuchungen. Um die Ursachen von Schäden an den mechanischen Komponenten zu ermitteln, arbeiten wir auch vor Ort. Wir führen zum Beispiel Sichtprüfungen mit Endoskopen an Planeten-Stirnradgetrieben durch, ziehen Ölproben und fertigen Abdrücke an. Meistens untersuchen wir jedoch die geschädigten Komponenten in unserem Werkstolabor. Dabei profitieren wir von der Erfahrung unserer Spezialisten. Zur Ursachenforschung gehören auch Berechnungen. Die Finite-Elemente-Methode setzen wir ein, wenn analytische Methoden nicht zum Ergebnis führen. Mit diesem Näherungsverfahren werden Struktur-, Eigenwert- und Temperaturfeldberechnungen durchgeführt. Unsere Spezialisten für die Analyse elektrotechnischer Systeme bringen ihr Wissen in die Schadenforschung von WEA ein. Sie finden die Ursachen von Schäden an Generatoren, Stromrichtern, Transformatoren und Steuerungen. Um die Anfälligkeit von WEA-Komponenten zu reduzieren, bauen wir auf eine oene Zusammenarbeit mit Herstellern und Betreibern. Je mehr Daten uns über die Technik oder Chronologie einer beschädigten Anlage vorliegen, umso eektiver können wir die primäre Ursache des Schadens klären. Kostspielige Reparaturen und Betriebsstillstände werden vermieden.

5 Schäden verhindern. Die Arbeit der Forschungseinrichtung AZT zielt darauf, die Schadenhäufigkeit an den wichtigsten Komponenten einer WEA zu reduzieren und die Lebensdauer der Anlage zu erhöhen. Daher geht unsere Arbeit über die Ursachenforschung hinaus. Wir helfen allen Partnern objektiv und neutral, die Anlagen höher verfügbar zu machen und Kosten zu sparen. Belastungs- und Schwingungsmessung. Aufgrund der besonderen Beanspruchung einer WEA ist es wichtig, ihr Betriebsverhalten zu untersuchen und schadenrelevante Betriebszustände zu erkennen. Insbesondere muss geklärt werden, ob die vorgegebenen Lastannahmen der Realität des jeweiligen Standorts entsprechen. Für diese Untersuchungen setzen wir moderne Messtechnik ein. In Langzeitmessungen ermitteln wir standortabhängige Belastungskollektive des Antriebsstranges wie Dreh- und Biegemomente oder Wellen-, Lager- und Gehäuseschwingungen. Gezielte Messungen dienen auch dazu, den Ursachen von Serienschäden auf die Spur zu kommen. Konstruktion und Auslegung. Ausgehend von den Ergebnissen der Schadenanalyse und der Kenntnis des Betriebsverhaltens, sind wir in der Lage, detaillierte Empfehlungen zu Konzeption, Konstruktion und Auslegung einzelner Komponenten zu geben. Diese können zugunsten der Betriebssicherheit über die Vorgaben von Zertifizierungsgesellschaften hinausgehen. Beratung für die Fertigung. Wir beurteilen Produktionsverfahren und überprüfen bzw. überwachen den gesamten Fertigungsprozess, um Herstellungsfehler auszuschalten und die Qualität zu sichern. Dies ist besonders wichtig bei den Rotorblättern, die aufgrund ihrer aufwändigen Fertigung zu den kostenintensiven Komponenten von Windenergieanlagen zählen. Fire-Engineering. Wenn es in 60 bis 100 Metern Höhe brennt, ist die Feuerwehr machtlos. Fehlt in einer WEA die automatische Löschanlage, führt ein Brand zum Totalverlust. Durch herabfallende oder fortgeschleuderte Teile wird auch die Umgebung gefährdet. Das AZT begleitet seit Jahrzehnten die Entwicklung von Löschanlagen und -technologien und unterstützt Sie wirksam in Ihrem Fire-Engineering. Condition-Monitoring. Mit unserem Know-how können wir auch Online-Überwachungssysteme beurteilen. Wir haben einen Anforderungskatalog für Condition-Monitoring-Systeme erstellt, in dem wir Anforderungen an System, Anwender und Anlagenhersteller beschreiben. Es werden Aussagen zu Messgrößen getroen, von der Erfassung über die Verarbeitung bis zur Analyse von Signalen, einschließlich Grenzwertüberwachung und Trendanalyse. Betriebsführungs- und Sicherheitssystem. Das AZT führt Überprüfungen von Sicherheitskonzepten durch. Wir entwickeln Schadenszenarien und beraten die Betreiber von Windparks bei der Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA). Messsystem auf einer 600-kW-Anlage mit Drehmomentmessung an der Rotor- und Generatorwelle und Schwingungsmessung am Antriebsstrang.

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